Wo Licht ist, ist auch Schatten. Geflügelte Worte, die übrigens auf Goethe zurückzuführen sind. Und ob sie es glauben oder nicht, einen Physiker interessiert es sehr, warum es den Schatten gibt – schon ein bisschen verrückt, oder nicht? In der Einführung (Teil I) bin ich darauf eingegangen, warum wir ausgerechnet das Thema Licht als Einstieg gewählt haben. Gilt es doch die Frage zu klären, ob Mobilfunkstrahlung gefährlich ist oder nicht? Thomas Young hat 1802 ebenfalls das Licht für ein, wie sich später herausstellte, spektakuläres Experiment ausgewählt, das Doppelspaltexperiment. Es wurde zu dem Schlüsselexperiment in der Physik. Wir haben uns die Mühe gemacht und das Experiment in einer „kleinen“ Animation für „Jedermann“ aufgearbeitet.

Licht ist Strahlung und transportiert Energie. Julius Robert Mayer veröffentlichte 1841 seine Idee, wonach Energie weder erschaffen noch vernichtet werden kann, sondern lediglich eine Umwandlung möglich sei. Wenn wir hinter einer Glasscheibe sitzen, werden wir vom „Sonnenlicht“ nicht braun, aber die Wärme wird durch die Scheibe transportiert. Es gibt also definitiv Materialien, welche die Strahlung (oder einen Teil von ihr) reflektieren, absorbieren oder durch die die Strahlung hindurch geht. Wovon ist das abhängig? Betrachten wir z.B. die Infrarotstrahlung, einen Teil des Strahlungsspektrum der Sonne. Sie dringt in die Haut ein und sorgt dort für eine Schwingung, die wiederum Reibung und diese wiederum Wärme erzeugt. Ein Effekt, den man für Wellnessanwendungen z.B. bei Infrarotkabinen nutzt. Licht ist der sichtbare Anteil der Sonnenstrahlung. Gäbe es das Magnetfeld der Erde nicht, müssten wir uns mit ein paar mehr Problemen herumschlagen – ja, man könnte sagen, sehr wahrscheinlich gäbe es das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, nicht. Strahlung ist immer potenziell schädlich – es kommt je nach Strahlung, auf die Intensität sowie Dauer der Bestrahlung an. Doch widmen wir uns heute erst einmal dem Licht und dem Doppelspaltexperiment, denn das wird Sie ins Staunen versetzen – ich würde mich zumindest sehr wundern, wenn nicht.

Am Anfang fragten sich die Physiker, ob Licht einzelne Teilchen oder Wellen sind. Hätte man sich darüber nicht gestritten, gäbe es vielleicht das Doppelspaltexperiment gar nicht und man hätte nie erfahren, dass es sowohl Teilchen als auch Wellen sind. Warum das schon wieder wichtig ist? Nun – Teilchen und Wellen verhalten sich unterschiedlich, wenn sie auf Ablenkung durch Materie stoßen. Der Grund für den Schatten! Im Übrigen fällt mir gerade ein hervorragendes Beispiel dafür ein, warum Licht geballte Energie ist und diese umgewandelt, aber nicht verloren geht oder vernichtet werden kann. Sie kennen sicherlich noch den Begriff der Photosynthese.

Kleine Begriffsdefinition, die ausnahmsweise mal nützlich, weil erklärend ist:

Photo kommt aus dem Griechischen mit der Bedeutung: Licht – also eigentlich: phos und nicht photo. Die Synthese stammt aus dem altgriechischem (synthesis) und bedeutet Zusammenfassung/ Verknüpfung/ Zusammensetzung. Der Begriff wurde von Hermann Kolbe (Deutscher Chemiker) 1845 in die Naturwissenschaften eingeführt. Die Photosynthese ist ein Prozess zur Erzeugung von energiereichen Biomolekülen. Lichtabsorbierende Farbstoffe wandeln Licht in chemische Energie um, die wiederum zum Aufbau von z.B. Kohlenhydrate aus energiearmen Stoffen genutzt wird. Das bekannteste Nebenerzeugnis eines bestimmten Zweigs der Photosynthese ist der Sauerstoff. Sauerstoff ist in der Biologie, Biochemie und Chemie der Superstoff schlechthin. Er ist an so vielen Prozessen beteiligt, dass man bis ins nächste Jahrtausend in diesem Blog eine Artikelserie darüber schreiben könnte. Soweit in den kürzesten Worten die ich gerade noch so vertreten kann, die Beschreibung eines Kreislaufes zum Thema Licht/Energie.

Licht ist also eine Strahlung, der wir im Sommer immer intensiver ausgesetzt sind, mit der Folge, dass Hautkrebserkrankungen in den letzten Jahren enorm anstiegen. In Zusammenhang mit Licht wird auch häufig von Photonen gesprochen. Bildlich gesprochen sind Photonen das, woraus elektromagnetische Strahlung besteht. Manchmal wird auch von Lichtquant (Quant= kleinstmöglicher Wert einer physikalischen Größe) oder Lichtteilchen gesprochen. Für die Fortgeschrittenen unter Ihnen: Das Photon besitzt keine Masse, aber Energie und Impuls/ Drehimpuls. Sie sehen, auch hier begegnet uns wieder der Begriff „Teilchen“. Grund genug zurück zum Thema Licht zu kommen und – auch auf die Gefahr hin, dass sie mich für ein wenig verrückt halten, die Frage: Sind es Teilchen oder Wellen? Denn das bringt uns zurück zum Doppelspaltexperiment von Thomas Young.

Wellen haben eine negative Eigenschaft, sie können sich gegenseitig verstärken, je nach dem an welchem Punkt sie aufeinander treffen. Sie können sich aber auch aufheben. Ob Radiowellen, UV-Strahlung oder Infrarotstrahlung, jeder dieser Strahlungen hat eine spezifische Wellenlänge. Diese Wellenlänge ist verbunden mit der Frage, von welchem Material die Strahlung reflektiert oder absorbiert wird. Und ganz langsam, mit vielen kleinen Schritten – zugegeben, ich schweife manchmal etwas aus und wer die Artikel auf dem Smartphone liest tut mir manchmal ein wenig leid – nähern wir uns der Mobilfunkstrahlung. Für mich ist wichtig, dass Sie den Zusammenhang zwischen Biologie, Biochemie und Strahlung sehen. Da ich anfangs von dem theoretischen Begriff „Strahlung“ kein Bild vor Augen hatte, will ich versuchen, das für Sie nachzuholen. Denn das brauchen wir im dritten Teil.

Bevor ich mich vorerst verabschiede, noch kurz zur Frage: Warum kann UV-Licht zur Desinfektion eingesetzt werden?

Die Desinfektion mit UV-Licht (Wellenlänge von 200 bis 300 nm) kann für Oberflächen, für die Raumluft oder auch für das Wasser eingesetzt werden – nicht für Lebewesen. Keime und Bakterien werden dadurch zuverlässig abgetötet, weil deren DNA die Strahlung absorbiert [Absorption bedeutet die Energie der Strahlung wird aufgenommen und umgewandelt. In diesem Fall zerstört das die Struktur der DNA und inaktiviert lebende Zellen] und somit haben wir eine umweltfreundliche Alternative zu chemischen Verfahren. Um genau zu sein, reden wir von der UVC-Strahlung die Viren, Bakterien, Hefe und Pilze in Sekunden den Garaus macht. Momentan geht man sogar davon aus, dass Mikroorganismen keine Resistenzen gegen diese Strahlung entwickeln können – was ein entscheidender Vorteil wäre. Allerdings ist die UV-Strahlung nicht ungefährlich! Alle Arten von UV-Strahlung können direkt oder indirekt die Erbsubstanz schädigen sowie akute und Langzeitschäden an Haut und Augen (Entzündung der Horn- und Bindehaut durch Zerstörung der äußeren Zellen) verursachen.

Ein Beispiel, das aufzeigt, wie wichtig die Wellenlänge, Dosis/Intensität und Dauer der Bestrahlung ist, um eine erste Einschätzung bezüglich der Gefährdung durch diese Strahlung vorzunehmen. Das werden wir dann im nächsten Teil intensiv besprechen. Bis dahin wünsche ich Ihnen eine schöne Zeit und bleiben Sie gesund!